Avainelementti elektronisten laitteiden liikkuvuudessa on ladattava akku (ACB). Kasvavat vaatimukset varmistaa niiden pisin autonomia kannustavat jatkuvaa tutkimusta tällä alalla ja johtavat uusien teknisten ratkaisujen syntymiseen.
Laajalti käytetyillä nikkeli-kadmium (Ni-Cd) ja nikkeli-metallihydridi (Ni-MH) akuilla on vaihtoehto - ensin litiumakut ja sitten edistyneemmät litiumioniakut (Li-ion).
Sisältö
Ulkonäön historia
Ensimmäiset tällaiset akut ilmestyivät 70-luvulla. viime vuosisata. Ne saivat heti kysynnän kehittyneempien ominaisuuksien ansiosta. Elementtien anodi oli valmistettu metallista litiumia, jonka ominaisuudet mahdollistivat ominaisenergian lisäämisen. Näin syntyivät litiumakut.
Uusilla akuilla oli merkittävä haittapuoli - lisääntynyt räjähdys- ja syttymisriski.Syynä oli litiumkalvon muodostuminen elektrodin pinnalle, mikä johti lämpötilan stabiilisuuden rikkomiseen. Maksimikuormituksen hetkellä akku voi räjähtää.
Teknologian jalostus on johtanut puhtaan litiumin luopumiseen akkukomponenteissa sen positiivisesti varautuneiden ionien käytön sijaan. Litiumioniakku osoittautui hyväksi ratkaisuksi.
Tämän tyyppisille ioniakuille on ominaista korkeampi turvallisuus, joka saavutetaan energiatiheyden lievän laskun kustannuksella, mutta jatkuva teknologinen kehitys on mahdollistanut tämän indikaattorin häviön vähentämisen minimiin.
Laite
Litiumioniakkujen käyttöönotto kulutuselektroniikkateollisuudessa sai läpimurron hiilimateriaalista (grafiitti) katodilla ja kobolttioksidianodilla varustetun akun kehittämisen jälkeen.
Akun purkautumisprosessissa katodimateriaalista poistetaan litiumioneja ja ne sisältyvät vastakkaisen elektrodin kobolttioksidiin; latauksessa prosessi etenee vastakkaiseen suuntaan. Siten litiumionit luovat sähkövirran siirtyen elektrodilta toiselle.
Li-Ion-akut valmistetaan sylinterimäisinä ja prismaattisina versioina. Sylinterimäisessä rakenteessa kaksi elektrolyytillä kyllästetyllä materiaalilla erotettua litteää elektrodinauhaa rullataan ja asetetaan suljettuun metallikoteloon. Katodimateriaali kerrostetaan alumiinifoliolle ja anodimateriaali kerrostetaan kuparikalvolle.
Prismaattinen akkurakenne saadaan pinoamalla suorakaiteen muotoisia levyjä päällekkäin. Tämä akun muoto mahdollistaa elektronisen laitteen asettelun tiheyden. Valmistetaan myös prismaattisia akkuja, joissa on spiraaliksi kierretyt elektrodit.
Käyttö ja käyttöikä
Litiumioniakkujen pitkä, täysi ja turvallinen käyttö on mahdollista, jos toimintasääntöjä noudatetaan, niiden laiminlyönti ei vain lyhennä tuotteen käyttöikää, vaan voi johtaa kielteisiin seurauksiin.
hyväksikäyttö
Li-Ion-akkujen toiminnan keskeinen vaatimus koskee lämpötilaa - ylikuumenemista ei pidä sallia. Korkeat lämpötilat voivat aiheuttaa suurimman vahingon, ja ylikuumenemisen syynä voi olla sekä ulkoinen lähde että stressaavat akun lataus- ja purkutavat.
Esimerkiksi kuumennus 45°C:een johtaa akun kykyyn pitää latauksessa kaksinkertainen. Tämä lämpötila saavutetaan helposti, kun laite on pitkään alttiina auringolle tai käytettäessä energiaintensiivisiä sovelluksia.
Jos tuote ylikuumenee, on suositeltavaa sijoittaa se viileään paikkaan, on parempi sammuttaa se ja poistaa akku.
Parhaan akun suorituskyvyn saavuttamiseksi kesähelteellä kannattaa käyttää energiansäästötilaa, joka on käytettävissä useimmissa mobiililaitteissa.
Alhaiset lämpötilat vaikuttavat negatiivisesti myös ioniakkuihin; alle -4 °C:n lämpötiloissa akku ei enää pysty toimittamaan täyttä tehoa.
Mutta kylmä ei ole niin haitallista Li-Ion-akuille kuin korkea lämpötila, eikä se useimmiten aiheuta pysyviä vaurioita. Huolimatta siitä, että huoneenlämpötilaan lämpenemisen jälkeen akun toimintaominaisuudet palautuvat täysin, älä unohda kapasiteetin vähenemistä kylmässä.
Toinen suositus Li-Ion-akkujen käytölle on estää niiden syväpurkautuminen. Monilla vanhemman sukupolven akuilla oli muistiefekti, joka vaati niiden purkamista nollaan ja sen jälkeen täyteen lataamista.Li-Ion-akuilla ei ole tätä vaikutusta, ja yksittäiset täydelliset purkaukset eivät johda negatiivisiin seurauksiin, mutta jatkuva syväpurkaus on haitallista. On suositeltavaa kytkeä laturi, kun lataustaso on 30 %.
Elinikä
Li-Ion-akkujen väärä käyttö voi lyhentää niiden käyttöikää 10-12 kertaa. Tämä ajanjakso riippuu suoraan latausjaksojen lukumäärästä. Uskotaan, että Li-Ion-tyyppiset akut kestävät 500 - 1000 jaksoa, kun otetaan huomioon täysi purkaus. Suurempi prosenttiosuus jäljellä olevasta latauksesta ennen seuraavaa latausta pidentää merkittävästi akun käyttöikää.
Koska Li-Ion-akun kesto määräytyy suurelta osin käyttöolosuhteiden mukaan, näille akuille on mahdotonta antaa tarkkaa käyttöikää. Tämän tyyppisen akun voidaan olettaa kestävän keskimäärin 7-10 vuotta, jos vaadittuja määräyksiä noudatetaan.
Latausprosessi
Latauksen aikana vältä akun liian pitkää kytkentää laturiin. Litiumioniakun normaali toiminta tapahtuu jännitteellä, joka ei ylitä 3,6 V. Laturit syöttävät latauksen aikana akun sisäänmenoon 4,2 V. Jos latausaika ylittyy, akussa voi alkaa ei-toivottuja sähkökemiallisia reaktioita, jotka johtavat ylikuumenemiseen kaikkine siitä aiheutuvista seurauksista.
Kehittäjät ottivat huomioon tällaisen ominaisuuden - nykyaikaisten Li-Ion-akkujen latauksen turvallisuutta ohjaa erityinen sisäänrakennettu laite, joka pysäyttää latausprosessin, kun jännite nousee sallitun tason yläpuolelle.
Litiumparistoille kaksivaiheinen lataustapa on oikea.Ensimmäisessä vaiheessa akku on ladattava antamalla jatkuva latausvirta, toinen vaihe on suoritettava vakiojännitteellä ja latausvirran asteittaisella laskulla. Tällainen algoritmi on toteutettu useimpien kotitalouksien latureiden laitteistossa.
Varastointi ja hävittäminen
Litiumioniakkua voidaan säilyttää pitkään, itsepurkautuminen on 10-20 % vuodessa. Mutta samaan aikaan tuotteen ominaisuuksien asteittainen heikkeneminen (hajoaminen) tapahtuu.
On suositeltavaa säilyttää tällaisia akkuja kosteudelta suojatussa paikassa +5 ... + 25 ° С lämpötilassa. Voimakasta tärinää, iskuja ja avotulen läheisyyttä ei voida hyväksyä.
Litiumionikennojen kierrätysprosessi on suoritettava erikoistuneissa yrityksissä, joilla on asianmukainen lupa. Noin 80 % kierrätysakkujen materiaaleista voidaan käyttää uudelleen uusien akkujen valmistuksessa.
Turvallisuus
Litium-ioni-akku, jopa pienikokoinen, on täynnä räjähdysmäisen itsestään syttymisen vaaraa. Tämä tämäntyyppisten akkujen ominaisuus edellyttää turvatoimenpiteiden noudattamista kaikissa vaiheissa kehityksestä tuotantoon ja varastointiin asti.
Li-Ion-akkujen turvallisuuden parantamiseksi valmistuksen aikana niiden koteloon asetetaan pieni elektroninen levy - valvonta- ja ohjausjärjestelmä, joka on suunniteltu poistamaan ylikuormitukset ja ylikuumeneminen. Elektroninen mekanismi lisää piirin vastusta, kun lämpötila nousee yli ennalta määrätyn rajan. Joissakin akkumalleissa on sisäänrakennettu mekaaninen kytkin, joka katkaisee piirin, kun paine akun sisällä nousee.
Myös akkukoteloihin asennetaan usein varoventtiili, joka vähentää painetta hätätilanteessa.
Litiumakkujen plussat ja miinukset
Tämän tyyppisen akun edut ovat:
- korkea energiatiheys;
- ei muistivaikutusta;
- pitkä käyttöikä;
- alhainen itsepurkautumisnopeus;
- ei tarvitse huoltoa;
- varmistaa tasaiset toimintaparametrit suhteellisen laajalla lämpötila-alueella.
Siinä on litiumparisto ja haittoja, nämä ovat:
- itsestään syttymisen vaara;
- korkeammat kustannukset kuin edeltäjänsä;
- sisäänrakennetun ohjaimen tarve;
- syväpurkauksen epätoivottomuutta.
Li-Ion-akkujen tuotantotekniikkaa parannetaan jatkuvasti, monista puutteista on vähitellen tulossa menneisyyttä.
Sovellusalue
Litiumioniakkujen korkea energiatiheys määrää niiden pääkäyttöalueen - mobiilielektroniikkalaitteet: kannettavat tietokoneet, tabletit, älypuhelimet, videokamerat, kamerat, navigointijärjestelmät, erilaiset sisäänrakennetut anturit ja monet muut tuotteet.
Näiden paristojen sylinterimäisen muotokertoimen olemassaolo mahdollistaa niiden käytön taskulampuissa, lankapuhelimissa ja muissa laitteissa, jotka ovat aiemmin kuluttaneet virtaa kertakäyttöisistä paristoista.
Akun rakentamisen litiumioniperiaatteella on useita lajikkeita, tyypit eroavat käytettyjen materiaalien tyypistä (litium-koboltti, litium-mangaani, litium-nikkeli-mangaani-kobolttioksidi jne.). Jokaisella niistä on oma laajuutensa.
Mobiilielektroniikan lisäksi ryhmää litiumioniakkuja käytetään seuraavilla alueilla:
- kädessä pidettävät sähkötyökalut;
- kannettavat lääketieteelliset laitteet;
- keskeytymättömät virtalähteet;
- turvajärjestelmät;
- hätävalaistusmoduulit;
- aurinkovoimalla toimivat asemat;
- sähköautot ja sähköpyörät.
Kun otetaan huomioon litiumioniteknologian jatkuva parantaminen ja menestys suurikapasiteettisten ja pienikokoisten akkujen luomisessa, on mahdollista ennustaa tällaisten akkujen sovellusten laajenemista.
Merkintä
Litiumioniakkujen parametrit on painettu tuotteen runkoon, kun taas käytetty koodaus voi vaihdella merkittävästi eri kokojen mukaan. Kaikille valmistajille yhtä akkumerkintästandardia ei ole vielä kehitetty, mutta tärkeimmät parametrit on silti mahdollista selvittää itse.
Merkintärivin kirjaimet osoittavat kennotyypin ja käytetyt materiaalit: ensimmäinen kirjain I tarkoittaa litiumionitekniikkaa, seuraava kirjain (C, M, F tai N) määrittää kemiallisen koostumuksen, kolmas kirjain R tarkoittaa, että solu on ladattava (Rechargeable).
Koon nimessä olevat numerot ilmaisevat akun koon millimetreinä: kaksi ensimmäistä numeroa ovat halkaisijaa ja kaksi muuta pituutta. Esimerkiksi 18650 tarkoittaa halkaisijaa 18 mm ja pituutta 65 mm, 0 tarkoittaa sylinterimäistä muototekijää.
Sarjan viimeiset kirjaimet ja numerot ovat kunkin valmistajan säiliökohtaisia merkintöjä. Myöskään valmistuspäivämäärän ilmoittamiselle ei ole yhtenäisiä standardeja.
